Configuração prática para medir a velocidade angular

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Eu tenho um pião de um fabricante canadense e estou profundamente impressionado com a forma como ele gira.

Meu interesse pela física me levou a tentar descobrir em que velocidade máxima posso girar o topo e como isso se compara a outros topos feitos de outros materiais e outras formas.

Colei um pequeno adesivo nele e gravei com a câmera do meu telefone, mas a taxa de quadros é muito lenta para poder contar o número de rotações ao longo do tempo.

Não tenho acesso a equipamentos especializados, mas posso medir ou aproximar o volume, massa, densidade, temperatura e provavelmente também o momento de inércia. Como faço para medir a velocidade angular do topo?

measurements applied-mechanics

— ahemmetter
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Tecnicamente, a velocidade máxima é alcançada no início da fiação; a velocidade da pião obviamente diminui devido ao atrito. Então, o que você vai medir é mais uma velocidade média durante um período "representativo" da velocidade rotacional do topo sem muito atrito. A questão é, então, como você determina esse período de tempo?

Outra idéia seria anexar uma corda e encontrar o número de rotações em um determinado período de tempo. O raio aumentado da 'bobina' pode compensar um pouco o atrito e a velocidade angular mais lenta.

— ahemmetter 8/03/2015

Sim, a velocidade máxima é difícil de medir, mas a velocidade média no início da fiação é o que eu estava perguntando sobre

— ahemmetter

Você pode comprar tacômetros ópticos de custo relativamente baixo que funcionam com adesivo refletivo ou, em muitos casos, apenas variação óptica suficiente por rotação. Com algum trabalho que você poderia fazer isso $ 5 trabalho módulo ou você pode comprar os completos como estes a partir de cerca de US $ 12

— Russell McMahon

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A lição aqui é: Não siga o conselho de usuários aleatórios sem verificar a orientação oficial . Idealmente, você teria excluído a pergunta no site original antes de receber uma resposta ou contado com a ajuda de um moderador para migrar a pergunta para cá. Agora, temos duas perguntas iguais, respondidas, em dois sites, o que não é o ideal, mas dificilmente o fim do mundo. Lembre-se da próxima vez e os moderadores cuidarão disso daqui.

— Air

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Existem várias maneiras.

O mais direto é pintar metade da parte superior branca e a outra preta e apontar algo com um sensor de luz. A CA amplifica um pouco a saída e determina a frequência. Pode ser um contador de frequência deliberado, um escopo que exibe a freqüência diretamente ou um microcontrolador que você programa para encontrar o período e, finalmente, mostrar a frequência.

Um método pronto para uso é chamado Strobe Tach . Esta não é uma medição direta de frequência, mas pode funcionar muito bem. É um flash que pisca a uma taxa calibrada que você pode ajustar. Você ajusta o estojo piscando para parecer "congelar" a parte superior giratória e, em seguida, verifica com que frequência o estroboscópio está definido.

Ainda outra maneira de colocar o topo em algo acoplado a um microfone. Inevitavelmente, haverá algum desequilíbrio, o que causará vibração na frequência de rotação. Isso pode ser amplificado e a frequência determinada como o sinal de luz na primeira sugestão.

Se você pode magnetizar o objeto giratório, pode usar um captador magnético para obter um sinal semelhante ao que o sensor de luz ou o microfone produziriam.

— Olin Lathrop
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Provavelmente, o método prático mais fácil de medir a frequência de um pião com equipamentos do dia a dia é analisar o som criado pelo movimento e procurar a frequência característica. Isso pode ser feito com um aplicativo analisador de espectro que deve estar disponível gratuitamente para a maioria dos smartphones.

Coloque a parte superior giratória perto do microfone do telefone e grave o som com o aplicativo analisador de espectro. Você verá vários picos no espectro de frequências que se movem lentamente em direção a frequências mais baixas enquanto a parte superior está girando para baixo. A mais baixa deve ser a frequência de rotação, e as outras são harmônicas em múltiplos inteiros.

Para obter um sinal claro, você precisa do topo para emitir um som mensurável. Colocá-lo em cima de um ressonador oco pode ajudar. Além disso, se o topo girar em uma superfície com alguma rugosidade, isso aumentará significativamente o som, mas poderá atrapalhar o que você deseja medir.

pião

A imagem mostra um teste rápido que acabei de fazer. Eu usei um aplicativo para iPhone chamado "Spectrum Analyzer", que tem um bom modo de espectrograma. Como você pode ver (embora a escala seja reconhecidamente difícil de ler), meu top criou um som cujo componente de menor frequência começou um pouco acima de 100 Hz. Portanto, a velocidade angular era de aproximadamente 600 rad / s.

— Emil
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+1 É engraçado que esse seja um método tão simples, mas não teria sido acessível para a maioria das pessoas há cinco anos.

— Chris Mueller

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Você pode usar a roda de carroça ou o efeito estroboscópico e contar quantas vezes a rotação percebida inverteu a direção até parar.

Isso permite que você obtenha o RPM sem uma câmera super lenta.

— catraca arrepiante
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$T_p = 4\pi^2 I / mgrT_s$

R é a distância entre o ponto fixo (na superfície) e o centro de massa? Além disso, tenho muita certeza de qual é a distância perpendicular que você escreveu. Esses eixos não se cruzam no ponto fixo?

— ahemmetter

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A resposta poderia ser obter uma luz estroboscópica LED de alta velocidade. O quão fácil / caro será isso depende da velocidade angular com a qual você está lidando. Existem até alguns aplicativos de telefone que atingem velocidades moderadas.

Você ajusta a velocidade do estroboscópio para fazer com que a marca no seu pião pareça estacionária. Mas isso será difícil porque a velocidade não será constante.